基于铁死亡机制的抗糖尿病肾病中药活性成分作用机制研究进展

杨立新，郝丹丹

（赤峰学院医学部基础医学院生理学教研室，内蒙古赤峰 024005）

糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常见和最严重的并发症，也是最常见的慢性微血管并发症之一[1-2]，与糖尿病患者的发病率和死亡率增加有关[3]。在美国，终末期肾病的糖尿病患者数量显著增加，而中国DN的发病率和患病率在过去10年中也急剧上升[4]。国际糖尿病联合会2019年统计数据显示，预计到2030年，糖尿病患者人数将达到5.78亿[5]，而20%～40%糖尿病患者发生DN，最终导致慢性肾功能衰竭[6]。因此，探究DN的发病机制和治疗尤为迫切。

最近研究显示，铁死亡（ferroptosis）参与了DN的发病机制。铁死亡是一种新发现的依赖于铁和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的调节性细胞死亡[7]。越来越多研究表明，铁死亡参与DN发病机制，使铁死亡在DN中的作用日益凸显。近年来研究表明，一些中药活性成分可通过靶向抑制铁死亡从而缓解DN的进展，该方面的研究也备受关注。本文将抑制铁死亡治疗DN的中药活性成分按其作用机制分为3类，即抑制肾小管损伤、肾小球损伤和肾纤维化，并综述它们在不同DN模型中通过抑制铁死亡减轻DN的最新研究进展。

1 铁死亡与DN

铁死亡是一种不同于凋亡、坏死、自噬和其他形式的细胞死亡的铁依赖性细胞死亡，“铁死亡”一词是2012年提出的概念[8]，是一种由细胞膜中含有磷脂的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated-fattyacid-containing phospholipids，PL-PUFA）的过氧化损伤驱动的铁依赖性的调节性细胞死亡方式，主要包括铁的聚集，铁依赖的ROS产生和脂质过氧化（lipid peroxidation，LPO）3个过程[8]。研究显示，铁死亡的发生与以下3个因素密切相关[9-10]：①细胞内二价铁离子（Fe2+）含量升高。铁在铁死亡中起着核心作用，Fe2+含量与输运和结合铁相关的受体和蛋白相关，转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1，TfR1）增加、铁蛋白和铁转运蛋白（transferrin，Tf）减少均可导致Fe2+含量增加，从而诱发铁死亡。②脂质过氧化物过度产生。Fe2+又可与NADPH氧化酶激活产生的过氧化氢通过芬顿反应产生脂质过氧化物前体羟自由基，从而使脂质过氧化物增加诱发铁死亡。③脂质过氧化损伤修复机制抑制。谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）和胱氨酸/谷氨酸逆向转运体（system Xc-，xCT）对铁坏死过程中脂质过氧化损伤的修复具有重要作用。xCT是细胞膜上的一种氨基酸转运体，由溶质载体家族7成员11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）和SLC3A2组成，可将细胞外的胱氨酸转运到细胞内与谷氨酸合成谷胱甘肽（glutathione，GSH），而GPX4可利用产生的GSH将脂质过氧化物还原为相应的醇或水，从而对抗细胞的氧化应激，来完成脂质过氧化修复。以铁死亡激活剂伊拉斯汀（erastin）或RSL3为例，它们分别通过抑制xCT中GPX4活性，最终导致细胞铁死亡发生。

研究表明，铁死亡通过诱导肾小管损伤[11-16]、肾小球损伤[17-22]和肾纤维化[23-24]最终导致DN的发生。肾小管损伤是DN的关键因素，高糖引发肾小管细胞铁超载、抗氧化能力降低、大量ROS产生和脂质过氧化[11，25]。动物实验表明，链脲佐菌素诱导的DN模型小鼠和糖尿病（db/db）DN模型小鼠的肾组织中，尤其是肾小管中铁含量增加，长链脂酰辅酶A合成酶4（acyl-CoA synthetase long-chain family 4，ACSL4）抑制剂罗格列酮（rosiglitazone）改善DN模型小鼠的肾功能，降低脂质过氧化产物和铁含量，这些作用与减轻铁死亡有关[11]。肾小球系膜细胞是一种特殊的平滑肌细胞，分布于肾小球毛细血管的毛细血管环之间，其损伤是DN的基本病理改变[19]。最近研究表明，铁死亡参与DN的肾纤维化[11，15]，后者是DN的最终病理改变[26]。DN患者血清铁蛋白和乳酸脱氢酶释放均增加[20]；肾活检标本中，xCT和GPX4mRNA表达降低[14]。低铁饮食或铁螯合剂可以延缓大鼠DN进展[27]。最近研究表明，抑制铁死亡可能是探索 DN 进展和治疗的新途径[11，14-15，20，27]。综上所述，铁死亡参与DN发病机制，而通过靶向抑制铁死亡有望成为治疗DN的新途径。

2 靶向抑制铁死亡与DN治疗

针对抑制铁死亡治疗DN做了一定的探索。目前研究表明，一些中药活性成分能够靶向抑制铁死亡进而减弱糖尿病诱导的肾小管、肾小球损伤及肾纤维化，进而达到治疗DN的作用。

2.1 改善DN肾小管损伤

铁死亡介导DN肾小管损伤，提示抑制肾小管损伤铁死亡能够治疗DN[11]。甘草可以通过抗炎或抗氧化机制对糖尿病及其并发症发挥治疗作用[28]。甘草黄酮（glabridin）是从中药甘草中提取出的有效成分，甘草黄酮可以通过增加肾小管上皮细胞NRK-52E SOD和GSH活性，上调 GPX4，SLC7A11和SLC3A2表达、降低丙二醛和铁浓度及TfR1表达抑制铁死亡，促进肾小管上皮细胞存活。而同样具有抗氧化和抗炎作用的毛蕊异黄酮（calycosin）通过上调人肾皮质近曲小管上皮细胞HK-2细胞GSH/GPX4通路、降低LPO和抑制核受体辅激活因子4（nuclear receptor coactivator 4，NCOA4）表达，从而，阻断高糖诱导的细胞铁死亡损伤[29]。7-羟基香豆素（umbelliferone）[30]和桔梗皂苷 D（platycodin D）[31]中通过抑制HK-2细胞铁死亡阻断高糖诱导的细胞损伤从而保护肾小管。综上所述，上述化合物可能通过抑制肾小管细胞铁死亡发挥对DN的治疗作用。

2.2 改善DN肾小球损伤

系膜细胞是一种特殊的平滑肌细胞，分布于肾小球毛细血管的毛细血管环之间，其损伤是DN肾损伤的基本病理改变[19]。体外实验结果显示，铁死亡诱导剂伊拉斯汀（eratin）和高糖均诱导肾小球肾系膜细胞铁死亡，高糖和伊拉斯汀均显著诱导LDH释放，促进ACSL4、环氧合酶2和NADPH氧化酶1的表达，并降低GPX4水平，而铁螯合剂逆转小鼠肾小球系膜细胞中葡萄糖诱导的LDH释放和铁死亡相关基因的改变，表明高糖可诱导系膜细胞铁死亡[20]。高糖可诱导足细胞铁死亡，导致足细胞损伤[22]。小檗碱在高糖诱导的肾小球足细胞中，小檗碱通过抑制ROS产生、促进GSH生成，上调核因子红细胞系2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）、血红素加氧酶（heme oxygenase-1，HO-1）、GPX4和足突蛋白（podocin）的表达，降低环氧合酶2和ACSL4的水平，从而缓解高糖作用下足细胞质膜起泡、线粒体皱缩等变化，即通过激活Nrf2/HO-1/GPX4通路抑制肾小球足细胞铁死亡的发生，进而发挥其肾保护作用[32]。甘草酸主要通过上调GPX4和抑制ROS的产生抑制高糖诱导的足细胞铁死亡，从而发挥肾保护作用[34]。综上所述，上述中药活性成分可能通过抑制铁死亡改善DN导致的肾小球损伤。

2.3 改善DN肾纤维化

研究表明，铁死亡参与DN的肾纤维化[11，15]，后者是DN的最终病理改变[26]。在高质饮食和链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中，天狼星红染色发现，甘草黄酮可改善肾功能，抑制肾间质纤维化，这与其促进SOD和GSH活性、上调GPX4，SLC7A11和SLC3A2表达、降低丙二醛含量和铁浓度及下调TFR1表达有关，表明甘草黄酮通过抑制铁死亡改善DN肾纤维化[28]。在db/db糖尿病模型小鼠中，毛蕊异黄酮可上调GPX4、抑制LPO和NCOA4表达，抑制肾组织中胶原沉积，表明毛蕊异黄酮具有通过抑制铁死亡减弱胶原沉积和肾纤维化的作用[29]。综上所述，上述化合物可能通过抑制铁死亡改善DN肾纤维化。

表1 中药活性成分抑制铁死亡治疗糖尿病肾病作用机制

3 结语

自2020年明确铁死亡参与DN发病机制，学者们便开始探索靶向抑制铁死亡治疗DN的药物。一些中药活性成分能够通过靶向抑制铁死亡减弱高糖和糖尿病诱导的肾小管和肾小球损伤及肾纤维化，从而达到治疗DN的作用。尽管目前探索性实验研究表明，铁死亡参与DN的病理机制，通过药理学手段可以靶向干预，但其详细机制还有待阐明，其广阔的应用前景也待进一步开拓。总之，铁死亡在DN发病进展中具有非常重要的作用，而靶向铁死亡也是治疗DN有希望的靶点之一，是一种潜在的治疗途径。